论文摘要
作为一种理想的骨替代修复材料,羟基磷灰石（HAp）因与人体硬组织有着相似的无机成分,从而受到了广泛的关注。但是由于HAp有限的生物活性以及较差的力学性能,极大地限制了其在医疗领域中的直接应用。本论文试图通过向HAp中添加一定体积分数的Ti、Fe、Mn来改善HAp的生物活性和力学性能,制备出了HAp/Ti、HAp/Fe和HAp/Mn生物陶瓷-金属复合材料,并通过X射线衍射（XRD）分析、体外生物活性实验以及压缩力学实验等手段对制备的复合材料的物相和性能进行了系统的表征。采用冷压-真空烧结的方法,以HAp和Ti为原料,经1000℃烧结制备出一系列含不同体积分数Ti的HAp/Ti生物复合材料（HAp-30vol.%Ti、HAp-50vol.%Ti、 HAp-70vol.%Ti）。结果表明,Ti的存在在一定范围内可以起到降低HAp初始分解温度,促进其发生分解的作用,随着Ti含量的增加,HAp的分解程度出现了先增大（当vol.%Ti≤50%）后减小（vol.%Ti=50%）的趋势。HAp-50vol.%Ti复合材料中HAp在Ti的作用下分解程度最大,烧结后其主要物相为Ca4O（PO4）2、CaO、Ti及TiP。体外生物活性实验表明,三种不同配比的复合材料均具有一定的生物活性,特别是HAp-50vol.%Ti样品在浸泡SBF溶液24h后样品表面就沉积了球形类骨磷灰石晶体,168h后沉积的磷灰石层变得更加致密,该层为具有一定结晶度的羟基磷灰石。类骨磷灰石的沉积主要与HAp的分解产物以及Ti与SBF溶液形成的Ti-OH基团有关,大量的表面带有负电荷的Ti-OH基团为类骨磷灰石的成核提供了有利的位置,而HAp分解产物产生的Ca2+和P5+等离子以及SBF中的多种离子为类骨磷灰石的形成提供了物质保证。在10-3s-1应变速率下对烧结后以及浸泡SBF溶液不同时间的HAp-50vol.%Ti和HAp-70vol.%Ti样品进行压缩性能测试表明,HAp-50vol.%Ti样品在浸泡SBF溶液之后其最大压缩强度出现了先增大后减小的趋势,而HAp-70vol.%Ti随着浸泡时间的延长压缩强度逐渐减小。采用同样的方法制备出HAp-50vol.%还原Fe、HAp-50vol.%纯Fe以及HAp-50vol.%Mn复合材料。对烧结后各组样品的XRD分析表明,还原Fe、纯Fe以及Mn的加入均在一定程度上促进了HAp发生分解,烧结后HAp-50vol.%还原Fe样品的主要物相为Ca10（PO4）6（OH）2、Fe、CaO以及Fe2O3, HAp-50vol.%纯Fe样品烧结后主要物相为Ca8.86（PO4）2（H2O）2和Fe,而HAp-50vol.%Mn样品烧结后主要物相为2（H2O）2、Mn2P和MnO。体外生物活性实验表明,三种样品同样具有一定的生物活性,仅从样品表面所沉积的类骨磷灰石致密度来讲,HAp/还原Fe复合材料的体外生物活性略优于HAp/纯Fe复合材料。在10-3s-1应变速率下进行的压缩性能测试结果显示,HAp-50vol.%还原Fe样品和HAp-50vol.%纯Fe样品在浸泡SBF溶液之后其最大压缩强度出现了先增大后减小的趋势,最大压缩强度均出现在浸泡SBF溶液120h之后,分别为73.5MPa和104.2MPa,而HAp/Mn复合材料在浸泡SBF不同时间后其压缩强度均高于烧结样品的～100MPa,在120MPa左右,略高于HAp/Ti复合材料。